RGB LED maticový riadiaci obvod. Arduino RGB LED ovládanie. Ovládač pre RGB ovládanie

Viacfarebné LED diódy, alebo ako sa im hovorí aj RGB, sa používajú na indikáciu a vytvorenie dynamicky sa meniaceho farebného podsvietenia. V skutočnosti na nich nie je nič zvláštne, pozrime sa, ako fungujú a čo sú RGB LED diódy.

Vnútorná organizácia

V skutočnosti sú RGB LED tri jednofarebné kryštály kombinované v jednom balení. Názov RGB znamená Red – red, Green – green, Blue – blue podľa farieb, ktoré každý z kryštálov vyžaruje.

Tieto tri farby sú základné a pri ich miešaní vzniká akákoľvek farba, táto technológia sa už dlho používa v televízii a vo fotografii. Na obrázku vyššie môžete vidieť žiaru každého kryštálu zvlášť.

Na tomto obrázku môžete vidieť princíp miešania farieb, aby ste získali všetky odtiene.

Kryštály v RGB LED môžu byť pripojené podľa schémy:

So spoločnou anódou;

Spoločná katóda;

Nepripojený.

V prvých dvoch možnostiach uvidíte, že LED má 4 kolíky:

Alebo 6 záverov v druhom prípade:

Na fotografii môžete vidieť tri kryštály, ktoré sú jasne viditeľné pod šošovkou.

Pre takéto LED diódy sa predávajú špeciálne montážne podložky, dokonca označujú účel svoriek.

Nemožno ignorovať ani RGBW - LED diódy, ich rozdiel je v tom, že v ich prípade je ďalší kryštál vyžarujúci biele svetlo.

Prirodzene, nebolo to bez pások s takýmito LED diódami.

Tento obrázok ukazuje pásik s RGB-LED, zostavený podľa schémy so spoločnou anódou, intenzita luminiscencie sa nastavuje ovládaním "-" (mínus) napájacieho zdroja.

Na zmenu farby RGB pásky sa používajú špeciálne RGB ovládače - zariadenia na prepínanie napätia privádzaného na pásku.

Tu je pinout RGB SMD5050:

A neexistujú žiadne pásky, neexistujú žiadne zvláštnosti práce s páskami RGB, všetko zostáva rovnaké ako pri jednofarebných modeloch.

Pre nich sú k dispozícii aj konektory na pripojenie LED pásika bez spájkovania.

Tu je pinout 5 mm RGB LED:

Ako sa mení farba žiary

Úprava farby sa vykonáva úpravou jasu žiarenia z každého z kryštálov. Už sme zvážili.

Na rovnakom princípe funguje aj RGB ovládač pre pásku, obsahuje mikroprocesor, ktorý riadi zápornú svorku napájacieho zdroja - pripája a odpája ho od obvodu zodpovedajúcej farby. Ovládač sa zvyčajne dodáva s diaľkovým ovládačom. Ovládače sa dodávajú v rôznych kapacitách, ich veľkosť závisí od toho, počnúc od takého miniatúrneho.

Áno, také výkonné zariadenie v puzdre veľkosti napájacieho zdroja.

Sú pripojené k páske podľa nasledujúcej schémy:

Keďže prierez stôp na páske neumožňuje zapojenie ďalšej časti pásky do série, ak dĺžka prvej presahuje 5 m, musíte druhú časť pripojiť vodičmi priamo z ovládača RGB.

Môžete sa však dostať zo situácie a neťahať ďalšie 4 vodiče 5 metrov od ovládača a použiť zosilňovač RGB. Na jeho fungovanie je potrebné natiahnuť len 2 vodiče (plus a mínus 12V) alebo napájať ďalší zdroj z najbližšieho zdroja 220V, ako aj 4 "informačné" vodiče z predchádzajúceho segmentu (R,G a B), sú potrebné na prijímanie príkazov z ovládača, aby celá konštrukcia svietila rovnako.

A ďalšia sekcia je už pripojená k zosilňovaču, t.j. používa signál z predchádzajúceho kusu pásky. To znamená, že pásku môžete napájať zo zosilňovača, ktorý bude umiestnený priamo vedľa nej, čím ušetríte peniaze a čas na kladenie vodičov z primárneho ovládača RGB.

Ako nastaviť RGB LED vlastnými rukami

Existujú teda dve možnosti pre napájanie RGB LED:

Tu je variant obvodu bez použitia arduinu a iných mikrokontrolérov, s použitím troch ovládačov CAT4101, schopných dodávať prúd až 1A.

Ovládače sú však teraz pomerne lacné a ak potrebujete upraviť pásik LED, je lepšie zakúpiť si hotovú verziu. Schémy Arduina sú oveľa jednoduchšie, čím viac si môžete napísať náčrt, pomocou ktorého buď manuálne nastavíte farbu, alebo bude výpočet farieb automatický v súlade so zadaným algoritmom.

Záver

RGB LED diódy umožňujú vytvárať zaujímavé svetelné efekty používané v interiérovom dizajne, ako podsvietenie domácich spotrebičov, pre efekt rozšírenia TV obrazovky. Pri práci s nimi nie sú žiadne zvláštne rozdiely od bežných LED.

Teraz sa poďme zaoberať viacfarebnou LED, ktorá sa často nazýva skrátene: RGB LED.

RGB je skratka, ktorá znamená: červená - červená, zelená - zelená, modrá - modrá. To znamená, že vo vnútri tohto zariadenia sú umiestnené tri samostatné LED diódy naraz. V závislosti od typu môže mať RGB LED spoločnú katódu alebo spoločnú anódu.

1. Miešanie farieb

Prečo sú RGB LED lepšie ako tri bežné? Je to všetko o vlastnosti našej vízie miešať svetlo z rôznych zdrojov umiestnených blízko seba. Ak napríklad dáme vedľa seba modrú a červenú LED, vo vzdialenosti niekoľkých metrov sa ich žiara spojí a oko uvidí jeden fialový bod. A ak pridáme aj zelenú, tak sa nám bod javí ako biely. Takto fungujú počítačové monitory, televízory a vonkajšie obrazovky.

Matrica televízora pozostáva z voľne stojacich bodov rôznych farieb. Ak si vezmete lupu a pozriete sa cez ňu na zapnutý monitor, tak tieto body možno ľahko vidieť. Ale na pouličnej obrazovke nie sú bodky umiestnené veľmi husto, takže sa dajú rozlíšiť voľným okom. Ale zo vzdialenosti niekoľkých desiatok metrov sú tieto body na nerozoznanie.

Ukazuje sa, že čím sú viacfarebné bodky navzájom hustejšie, tým menšiu vzdialenosť oko potrebuje na zmiešanie týchto farieb. Z toho vyplýva záver: na rozdiel od troch voľne stojacich LED je miešanie farieb RGB LED viditeľné už vo vzdialenosti 30-70 cm, mimochodom, RGB LED s matnou šošovkou sa prejavuje ešte lepšie.

2. Pripojenie RGB LED k Arduinu

Keďže viacfarebná LED sa skladá z troch bežných LED diód, zapojíme ich samostatne. Každá LED je pripojená k vlastnému kolíku a má svoj samostatný odpor.

V tomto návode používame bežnú katódovú RGB LED, takže k zemi bude len jeden vodič.

Schematický diagram

Vzhľad rozloženia

3. Program na ovládanie RGB-LED

Vytvorme si jednoduchý program, ktorý postupne rozsvieti každú z troch farieb.

Const byte rPin = 3; const byte gPin = 5; const byte bPin = 6; void setup () (pinMode (rPin, OUTPUT); pinMode (gPin, OUTPUT); pinMode (bPin, OUTPUT);) void loop () (// vypnúť modrú, zapnúť červenú digitalWrite (bPin, LOW); digitalWrite ( rPin, HIGH); oneskorenie (500); // vypnutie červenej, zapnutie zeleného digitalWrite (rPin, LOW); digitalWrite (gPin, HIGH); oneskorenie (500); // vypnutie zelenej farby, zapnutie modrého digitalWrite (gPin , LOW); digitalWrite ( bPin, HIGH); oneskorenie (500);)

Načítame program na Arduino a pozorujeme výsledok.

Poďme trochu optimalizovať program: namiesto premenných rPin, gPin a bPin použijeme pole. To nám pomôže pri ďalších úlohách.

Const byte rgbPins = (3,5,6); void setup () (pre (bajt i = 0; i<3; i++) pinMode(rgbPins[i], OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(rgbPins, LOW); digitalWrite(rgbPins, HIGH); delay(500); digitalWrite(rgbPins, LOW); digitalWrite(rgbPins, HIGH); delay(500); digitalWrite(rgbPins, LOW); digitalWrite(rgbPins, HIGH); delay(500); }

4. Sedem farieb dúhy

Teraz skúsme rozsvietiť dve farby súčasne. Naprogramujme nasledujúcu farebnú sekvenciu:

• Červená
• červená + zelená = žltá
• zelená
• zelená + modrá = azúrová
• Modrá
• modrá + červená = fialová

Pre jednoduchosť sme vynechali oranžovú farbu. Takže vyšlo šesť farieb dúhy 🙂

Const byte rgbPins = (3,5,6); const byte rainbow = ((1,0,0), // červená (1,1,0), // žltá (0,1,0), // zelená (0,1,1), // modrá ( 0,0,1), // modrá (1,0,1), // fialová); void setup () (pre (bajt i = 0; i<3; i++) pinMode(rgbPins[i], OUTPUT); } void loop() { // перебираем все шесть цветов for(int i=0; i<6; i++){ // перебираем три компоненты каждого из шести цветов for(int k=0; k<3; k++){ digitalWrite(rgbPins[k], rainbow[i][k]); } delay(1000); } }

V dôsledku práce programu sa ukazuje:

Váš prehliadač nepodporuje značku videa.

5. Hladká zmena farby

Nie nadarmo sme pripojili RGB LED na kolíky 3, 5 a 6. Ako viete, tieto kolíky umožňujú generovať PWM signál s rôznym pracovným cyklom. Inými slovami, nemôžeme len zapínať alebo vypínať LED, ale ovládať úroveň napätia na nej. To sa vykonáva pomocou funkcie analogWrite.

Urobme to tak, že naša LED bude prechádzať medzi farbami dúhy nie náhle, ale plynulo.

Const byte rgbPins = (3,5,6); int dim = 1; void setup () (pre (bajt i = 0; i<3; i++){ pinMode(rgbPins[i], OUTPUT); } // начальное состояние - горит красный цвет analogWrite(rgbPins, 255); analogWrite(rgbPins, 0); analogWrite(rgbPins, 0); } void loop() { // гасим красный, параллельно разжигаем зеленый for(int i=255; i>= 0; i -) (analogWrite (rgbPins, i / dim); analogWrite (rgbPins, (255-i) / dim); oneskorenie (10);) // vypnutie zelenej, zapnutie modrej paralelne pre (int i = 255; i> = 0; i -) (analogWrite (rgbPins, i / dim); analogWrite (rgbPins, (255-i) / dim); oneskorenie (10);) // zhasne modrá, súčasne sa rozsvieti červená pre (int i = 255 ; i> = 0; i -) (analogWrite (rgbPins, i / dim); analogWrite (rgbPins, (255-i) / dim); oneskorenie (10);))

Stlmená premenná určuje jas žiary. S dim = 1 máme maximálny jas.

Načítame program do Arduina.

Váš prehliadač nepodporuje značku videa.

Úlohy

1. Indikátor teploty. Do obvodu pridáme termistor a pripojíme ho k analógovému vstupu. LED by mala meniť farbu v závislosti od teploty termistora. Čím nižšia teplota, tým viac modrej farby a čím vyššia, tým viac červenej.
2. RGB lampa s regulátorom. Pridajme do obvodu tri premenné odpory a pripojíme ich k analógovým vstupom. Program by mal nepretržite čítať hodnoty odporu a meniť farbu zodpovedajúceho komponentu RGB LED.

Na ovládanie týchto zariadení sa používa RGB ovládač. Ale okrem neho sa v posledných rokoch používa doska Arduino.

Arduino - princíp fungovania

doska arduino

Arduino doska je zariadenie, na ktorom je nainštalovaný programovateľný mikrokontrolér. Pripájajú sa k nemu rôzne senzory, ovládače či kodér a podľa daného náčrtu (programu) doska pomocou protokolu SPI ovláda motory, LED diódy a ďalšie aktuátory vrátane iných dosiek Arduino. Zariadenie je možné ovládať pomocou diaľkového ovládača, Bluetooth modulu, HC-06, Wi-Fi, ESP alebo internetu a tlačidiel. Niektoré z najobľúbenejších dosiek sú Arduino Nano a Arduino Uno, ako aj Arduino Pro Mini, zariadenie založené na mikrokontroléri ATmega 328.

Vzhľad Arduino Pro Mini
Vzhľad Arduino Uno
Micro vzhľad Arduino

Programovanie prebieha v open source prostredí Arduino nainštalovanom na bežnom počítači. Programy sa načítavajú cez USB.

Princíp riadenia záťaže cez Arduino

Arduino ovládanie

Na doske je veľa výstupov, digitálnych, s dvoma stavmi - zapnutý a vypnutý, a analógových, ovládaných cez PWM regulátor s frekvenciou 500 Hz.

Ale výstupy sú dimenzované na prúd 20 - 40 mA s napätím 5 V. To stačí na napájanie RGB indikačnej LED alebo maticového LED modulu 32 × 32 mm. Pre výkonnejšiu záťaž to nestačí.

Ak chcete vyriešiť tento problém v mnohých projektoch, musíte pripojiť ďalšie zariadenia:

• relé. Okrem jednotlivých relé s napájacím napätím 5V existujú celé zostavy s rôznym počtom kontaktov, ako aj so zabudovanými štartérmi.
• Bipolárne tranzistorové zosilňovače. Výkon takýchto zariadení je obmedzený riadiacim prúdom, ale môžete zostaviť obvod z niekoľkých prvkov alebo použiť zostavu tranzistora.
• Poľné alebo MOSFET tranzistory. Dokážu ovládať záťaže s prúdmi niekoľkých ampérov a napätiami do 40-50 V. Pri pripojení mosfetu k PWM a elektromotoru alebo k inej indukčnej záťaži je potrebná ochranná dióda. Pri pripojení k LED alebo LED lampám to nie je potrebné.
• Dilatačné dosky.

Pripojenie LED pásika k Arduinu

pripojenie LED pásu k Arduinu

Odborný názor

Alexej Bartoš

Špecialista na opravu, údržbu elektrických zariadení a priemyselnej elektroniky.

Opýtajte sa odborníka

Arduino Nano dokáže ovládať viac ako len elektromotory. Používajú sa aj na LED pásy. Ale keďže výstupný prúd a napätie dosky nie sú dostatočné na to, aby k nej priamo pripojili pásik s LED diódami, medzi ovládač a pásik LED je potrebné nainštalovať ďalšie zariadenia.

Cez relé

Reléové pripojenie

Relé je pripojené k zariadeniu pre digitálny výstup. Prúžok ovládaný s jeho pomocou má len dva stavy - zapnutý a vypnutý. Na ovládanie červeno-modro-zelenej stuhy sú potrebné tri relé. Prúd, ktorý môže takéto zariadenie ovládať, je obmedzený výkonom cievky (cievka s nízkym výkonom nedokáže uzavrieť veľké kontakty). Na pripojenie vyššieho výkonu sa používajú reléové zostavy.

Použitie bipolárneho tranzistora

Pripojenie pomocou tranzistora

Na zosilnenie výstupného prúdu a napätia možno použiť bipolárny tranzistor. Vyberá sa podľa záťažového prúdu a napätia. Riadiaci prúd by nemal byť vyšší ako 20 mA, preto je napájaný cez odpor obmedzujúci prúd 1 - 10 kOhm.

Je lepšie použiť tranzistor n-p-n so spoločným žiaričom. Pre vyšší zisk sa používa viacprvkový obvod alebo zostava tranzistora (mikroobvod zosilňovača).

Použitie tranzistora s efektom poľa

Okrem bipolárnych sa na riadenie pásiem používajú tranzistory s efektom poľa. Iný názov pre tieto zariadenia je MOS alebo MOSFET-tranzistor.

Takýto prvok, na rozdiel od bipolárneho, nie je riadený prúdom, ale napätím na bráne. To umožňuje nízky hradlový prúd na riadenie veľkých zaťažovacích prúdov – až do desiatok ampérov.

Prvok je pripojený cez odpor obmedzujúci prúd. Okrem toho je citlivý na šum, takže výstup regulátora by mal byť spojený so zemou pomocou odporu 10 kΩ.

Použitie rozširujúcich kariet

Arduino pripojenie pomocou rozširujúcich dosiek

Okrem relé a tranzistorov sa používajú hotové bloky a rozširujúce dosky.

Môže to byť Wi-Fi alebo Bluetooth, ovládač motora, ako je modul L298N, alebo ekvalizér. Sú určené na ovládanie záťaží rôzneho výkonu a napätia. Takéto zariadenia sú jednokanálové - môžu ovládať iba monochromatickú pásku a viackanálové - určené pre zariadenia RGB a RGBW, ako aj pásky s LED WS 2812.

Ukážkový program

Arduino a LED pásik

Dosky Arduino sú schopné ovládať LED štruktúry podľa preddefinovaných programov. Ich knižnice si môžete stiahnuť z oficiálnej webovej stránky, nájsť na internete, alebo si môžete sami napísať nový náčrt (kód). Takéto zariadenie môžete zostaviť vlastnými rukami.

Tu je niekoľko prípadov použitia takýchto systémov:

• Ovládanie osvetlenia. Pomocou svetelného senzora sa svetlo v miestnosti rozsvieti okamžite aj s postupným zvyšovaním jasu pri západe slnka. Zapnutie je možné aj cez wi-fi, s integráciou do systému “smart home” alebo pripojením cez telefón.
• Zapnutie svetla na schodoch alebo v dlhej chodbe. Veľmi pekne vyzerá diódové podsvietenie každého kroku zvlášť. Pri pripojení pohybového senzora k doske jeho spustenie spôsobí postupné zapínanie osvetlenia schodov alebo chodby s časovým oneskorením a vypnutím tohto prvku dôjde k opačnému procesu.
• Farebná hudba. Po privedení audio signálu cez filtre do analógových vstupov bude výstupom farebná hudobná inštalácia.
• Počítačové modovanie. Pomocou vhodných senzorov a programov môže farba LED diód závisieť od teploty alebo zaťaženia procesora či RAM. Takéto zariadenie pracuje pod protokolom dmx 512.
• Ovládanie rýchlosti rozsvietenia svetiel pomocou enkodéra. Takéto inštalácie sú namontované na mikroobvodoch WS 2811, WS 2812 a WS 2812B.

Video návod

Táto schéma slúži na efektívne osvetlenie objektu, napríklad akvária, a môže byť aj doplnkom úpravy počítača. Toto zariadenie poháňa trojfarebné (RGB) LED diódy a zobrazuje farby v úplne náhodnom poradí.

Všeobecný princíp činnosti budiča je znázornený na obrázku 1. Dva generátory generujú impulzy so štvorcovými vlnami s 50% pracovným cyklom, ale mierne sa líšia frekvenciou (až do desiatok Hz).

Na výstupe logického hradla EX-OR (exkluzívne OR) sa vysoká úroveň objaví iba vtedy, keď sa na oboch výstupoch generátorov súčasne objaví 1 alebo 0.

Schéma signálov na výstupoch generátorov je znázornená na obrázku 2. Ako vidíte, na výstupe logického prvku EX-OR sa objaví štvorcová vlna s premenlivou náplňou 0 ... 100 %. Toto plnenie sa bude meniť čím pomalšie, tým menší bude frekvenčný rozdiel oboch generátorov.

CD4060 je 14-bitový binárny čítač s generátorom. Miniatúrna tlmivka L1, kondenzátory C1 a C2 a logické hradla CD4060 tvoria vysokofrekvenčný generátor pracujúci na frekvencii približne 700 kHz. Táto frekvencia je v tomto čítači vydelená 212.

Signál z generátora sa privádza aj na vstupy CLK 12-bitových binárnych čítačov na CD4040, ktoré počítajú impulzy z generátora.

Keď odpočítavanie dosiahne bod, v ktorom sa na výstupe Q11 (kolík 15) objaví logická jednotka, výstup prvku NOT bude nízky, čo povedie k zablokovaniu na zlomok sekundy počítajúcich impulzov (čas závisí od kapacity C3 a celkový odpor R2 a PR1).

A to sa stane vždy, keď sa na výstupe Q11 CD4040 objaví vysoká úroveň, to znamená, ako môžete vidieť, zakaždým, keď sa zmení stav na výstupe Q12 CD4040. To vedie k tomu, že na výstupe Q12 CD4060 je frekvencia o niečo vyššia ako frekvencia na výstupe Q12 CD4040 (rozdiel závisí od C3, R a čím vyššia hodnota, tým väčší rozdiel).

Vďaka tomuto minimálnemu rozdielu sa na prvkoch EX-OR objaví v priebehu času štvorcová vlna premenlivej výplne. To zase vedie k tomu, že LED pripojená k výstupu tohto obvodu sa hladko rozsvieti a zhasne.

Variabilné odpory je možné použiť na nastavenie rýchlosti zmeny plnenia (rýchlosť zapínania a vypínania LED). Do okruhu bol tiež pridaný fotosenzor na prvkoch T4, T5 a R14, takže okruh sa automaticky zapne iba v noci. Odpor odporu R14 určuje, pri akom jase bude obvod ešte fungovať.

(233,6 Kb, stiahnuté: 422)

Ak chcete svoj počítač samostatne vylepšiť nejakými efektnými „trikami“, najjednoduchší spôsob, ako to urobiť, je použiť LED diódy- ľahko sa s nimi pracuje, sú lacné a nevyžadujú žiadne špeciálne zručnosti a vychytávky. LED dokáže ozdobiť vaše pracovisko, dodať mu dodatočné osvetlenie a jednoducho vás rozveseliť. Ak chcete pripojiť LED, postupujte podľa našich pokynov krok za krokom.

Budete potrebovať

• 1.LED diódy
• 2.spájkovačka a všetko potrebné na prácu s ňou
• 3.odpory, ktoré znížia napätie a prúd z napájacieho zdroja
• 4.konektory potrebné na pripojenie LED diód k počítaču
• 5.skúšačka napätia
• 6.kliešte na odizolovanie drôtov
• 7.zmršťovacia hadička

Inštrukcie

Pred začatím práce sa uistite, že máte všetky potrebné nástroje a príslušenstvo na prácu.

Pripojenie k 4-pinovému molex konektoru Najprv si pozrime LED na 4-pinovom molex konektore. Ide o pomerne bežný konektor, takže je celkom možné, že ho váš počítač má. Tento konektor obsahuje štyri: 1. +12 V (žltý vodič)
2. + 5V (červený vodič)
3. Dva uzemňovacie kolíky (čierne) Vyberte si, kde chcete, aby boli diódy - na 12 alebo 5 voltov. Kúpte si konektor alebo ho odstráňte z nepotrebného zariadenia. Pomocou testera skontrolujte, či sa vybrané kontakty zhodujú, určte, kde je kladný a kde záporný.

Odizolujte vodiče pomocou klieští, prispájkujte odpor na kladný kontakt konektora. Spoj zakryte tepelne zmršťovacou látkou. Prispájkujte kladný kolík LED k druhému kolíku odporu. Zakryte oblasť teplom zmršťovacou hadičkou. Vezmite záporný kolík LED a prispájkujte ho na uzemňovací kolík konektora.

USB pripojenie LED diódu môžete pripojiť aj k USB káblu. Existujú dva typy takýchto káblov, ale nemajú zásadný rozdiel v priebehu práce, takže nájdite akýkoľvek nepotrebný kábel a začnite.V USB sú štyri kontakty, z ktorých dva prenášajú dáta, jeden kontakt je "zem" a druhý nesie napätie. K nemu musíte pripojiť LED. Pomocou testera skontrolujte napätie a určte kladný a záporný pól diódy.Na odizolovanie vodičov prenášajúcich napätia použite nožnice na káble. Prispájkujte rezistor na kladný kontakt, zakryte spájku tepelným zmršťovaním. Pripojte kladný kolík LED k druhému kolíku odporu a zatvorte spájkovací bod. Prispájkujte záporný kontakt diódy na zemný kontakt, spájku zakryte tepelným zmršťovaním. Pripojte kábel USB k počítaču a skontrolujte, či funguje.